Pistes supplémentaires pour comprendre le fonctionnement du bassin versant

Pour les métaux, les concentrations en cuivre et rubidium ont attiré notre attention pour pousser la réflexion plus loin et leurs concentrations dans différents compartiments sont recensées Tableau 18. On rappelle que l’amont du bassin versant est beaucoup plus forestier et que la vigne y est moins présente sur l’aval du bassin. L’impact des pratiques agricoles (traitements au cuivre, soufre, amendements) y est donc potentiellement moins marqué.

Tableau 18 : Concentrations en rubidium dans différents compartiments du bassin de la Morcille

10.12.1 Cas du cuivre

Nous avons vu en 5.4 lors des réflexions sur les traceurs que des compartiments possédaient certains éléments chimiques en concentrations élevées du fait d’une pollution anthropique. Cela peut aussi se confirmer avec les pratiques agricoles classiques.

Par exemple, le cuivre issu de la « bouillie bordelaise » est donc en théorie présent en plus grandes quantités sur les parcelles cultivées en aval.

Pour tenter de répondre à cette question nous avons tracé la distribution des concentrations en cuivre dans les eaux de surface entre le site amont (Saint-Joseph) et le site aval (Les Versauds) en Figure 48

Compartiment Source Morcille n=7-14

Piezo

2P n=2 Piezo vigne n=2 Puits Ducroux n=7-14 Ruissellement Saint joseph n=1 Ruissellement Ruyères n=1 Concentration

en cuivre µg/L Moyenné 0,41 0,4-1,5 0,23-0,74 Moyenné 13,1 48 35,7

Concentration en rubidium µg/L

Moyenné

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Figure 48: Distribution des concentrations en cuivre de 2006 à 2012 dans les eaux de la Morcille entre site amont (Saint-Joseph) et site aval (Les Versauds) 170 prélèvements par site.

On constate qu’en moyenne les concentrations de cuivre dans les eaux de la Morcille à Saint-Joseph sont de 0,8 µg/L tandis qu’elles sont de 4 µg/L aux Versauds.

Ces concentrations augmentent, comme nous l’avons vu en 5.4.3.1 avec le débit. Toutefois, cette tendance est beaucoup moins forte au site de Saint-Joseph ou l’amplitude des concentrations est beaucoup plus restreinte.

De ces deux observations et des analyses, on peut émettre 2 hypothèses à confirmer par des analyses supplémentaires :

 Les concentrations en cuivre des eaux de la nappe d’accompagnement et de la subsurface sont plus basses à Saint-Joseph qu’aux Versauds.

 Le ruissellement est moins concentré en cuivre entre la source et Saint-Joseph ou bien, il participe plus faiblement au débit de crue qu’en aval.

10.12.2 Cas du rubidium

Comme déjà évoqué en 5.4.3 le rubidium est un élément d’origine non anthropique. Les concentrations en rubidium de différentes eaux souterraines et de surface du bassin de la Morcille ont été recensées Tableau 18.

Les concentrations observées, d’une part dans le ruissellement prélevé sur une des parcelles de Saint-Joseph d’autre part, dans l’eau de la source Morcille et dans les eaux souterraines sont plus hautes que pour les autres compartiments et laissent à penser que le rubidium est présent en concentrations plus hautes dans au moins un des 3 compartiments en amont. Comme pour le cuivre, nous avons tracé la distribution des concentrations en rubidium entre Saint-Joseph et les Versauds en Figure 49.

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Figure 49 : Distribution des concentrations en rubidium de 2007 à 2012 dans les eaux de la Morcille entre site amont (Saint-Joseph) et site aval (Les Versauds) 145 prélèvements par site.

Ici, on constate le phénomène opposé, les concentrations en rubidium dans les eaux de la Morcille au niveau de Saint-Joseph sont en moyenne de 3,4 µg/L alors qu’elles possèdent une concentration moyenne de 2,2 µg/L aux Versauds. Tout comme pour le cuivre, ces concentrations ont tendance à augmenter avec la crue.

De ces observations et des analyses à disposition Tableau 18 on constate que la concentration de rubidium de la nappe d’accompagnement de Saint-Joseph est tout de même plus faible que la concentration observée dans l’eau de surface à la même hauteur et ce, même en l’absence de précipitation et donc d’un apport de rubidium par le ruissellement ce qui suggère que le rubidium est apporté par une composante supplémentaire en période hors-crue.

10.12.3 Synthèse

Pour les 2 éléments étudiés mais en général pour la plupart des éléments d’origine naturelle suivis, les concentrations du cours d’eau à Saint-Joseph sont globalement plus faibles que pour la nappe d’accompagnement et on peut donc en déduire que la chimie de l’eau de la Morcille au niveau de Saint-Joseph en l’absence de précipitations est principalement fixée par un apport d’eau autre que la nappe.

Cet apport principal d’eau peut être d’une part la source qui présente une signature chimique proche de l’eau de la Morcille à la hauteur de Saint-Joseph pour les éléments d’origine naturelle. Cependant, les concentrations de certains polluants anthropiques (cuivre et arsenic) à Saint-Joseph sont plus hautes que pour la source, ce qui suggère que déjà à la hauteur de Saint-Joseph il y’a une pollution modérée du cours d’eau et ce même en période de base. Ces éléments pourraient être apportés en période hors-crue par la subsurface qui aurait, pour les traceurs naturels, une signature chimique assez proche de la source.

L’hypothèse de polluants apportés par la subsurface mais non détectés dans la nappe d’accompagnement alors que généralement la subsurface se mélange avec la nappe avant exfiltration peut sembler étrange. Cependant, cela est cohérent avec l’analyse hydrogéologique effectuée en 2007 ou le fonctionnement du site de Saint-Joseph est

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décrit Figure 50. Si les conditions le permettent, les écoulements de subsurface semblent pouvoir rejoindre le cours d’eau sans mélange avec la nappe.

Figure 50: Fonctionnement hydrogéologique au transect de Saint-Joseph (Orquevaux, 2010)

En conclusion, à la hauteur de Saint-Joseph la chimie du cours d’eau pourrait dépendre principalement des écoulements de subsurface de la parcelle et de la source qui semble avoir un effet mitigateur des pollutions de plus en plus négligeable en allant de l’amont vers l’aval. Pour confirmer ces suppositions, un modèle EMMA construit sur les observations de qualité d’eau à Saint-Joseph est envisageable, avec les données déjà à disposition.

Le fait que la source, vierge de toute pollution ait pu être confondue avec les écoulements de subsurface du fait de sa signature chimique proche dans les décompositions de l’hydrogramme effectuées dans l’étude peut avoir mené à une sous-estimation de la capacité d’exportation des phytosanitaires par la subsurface.

Dès lors, il serait intéressant de séparer la subsurface des parcelles et la subsurface venant de la source et de la zone forestière en s’aidant du cuivre et du rubidium.

On peut envisager de séparer l’hydrogramme entre :

1. Ecoulements rapides de zone amont peu anthropisée : subsurface31 _et ruissellement (en théorie, concentrations de rubidium haute, concentrations de cuivre faible).

2. Ecoulements rapides de zone aval : subsurface et ruissellement (en théorie, concentration de rubidium faible, concentration de cuivre haute) comme ceux de la parcelle de Ruyères qui présentent des concentrations importantes de pesticides.

3. Ecoulement de nappe généralisé à tout le bassin

31 _{En incluant la source si sa signature chimique est confirmée d’être proche de la subsurface de} Saint-Joseph

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Ce qui fait un total de 5 composantes ce qui peut sembler un peu audacieux, il est peut- être plus judicieux de se limiter à 4 composantes avec un unique ruissellement propre à l’ensemble des parcelles.

IRSTEA Adrien DELAVAL

RESUME/ABSTRACT

Mots clefs : Hydrogéologie, Hydrochimie, Statistiques, Pollutions diffuses Déconvolution de l’hydrogramme

Keywords : Hydrogeology, Hydrochemistry , Statistics, Non Point-Source Pollutions, Deconvolution of Hydrograph

Irstea effectue des expérimentations sur un bassin versant viticole (Nord Beaujolais) depuis plusieurs années pour évaluer et limiter la contamination des eaux qui résulte de l’usage des pesticides. Ce travail vise à déterminer la participation des différentes composantes de l’écoulement au débit lors des crues et à évaluer la dynamique d’exportation des pesticides pour chacune de ces composantes.

Dans ce contexte, trois méthodes de déconvolution de l’hydrogramme de complexité croissante ont été appliquées à plusieurs évènements de crue ; une méthode graphique et deux méthodes physico-chimiques utilisant le strontium, le lithium, l’aluminium et les matières en suspension comme traceurs. Puis, l’évolution de la concentration en pesticides à l’exutoire a été comparée avec l’évolution de la contribution au débit des différents compartiments.

Les résultats obtenus montrent une importante réactivité de la nappe d’accompagnement et confirment l’existence d’une grande proportion d’écoulements rapides de surface, mais aussi de subsurface, lors des crues. Les participations de ces écoulements présentent des corrélations élevées avec les concentrations de pesticides et leurs métabolites et laissent supposer qu’ils sont les principaux vecteurs de contamination, tandis que les corrélations négatives avec la contribution de la nappe confortent l’hypothèse d’une contamination modérée de ce compartiment.

Irstea performs experimentations on a wine growing watershed (North Beaujolais) for many years with the aim of evaluating and limiting water contamination by pesticides. This work aims to identify the participation of the different flow patterns to the total flow during floods along with their dynamic of export concerning pesticides.

In this context, three methods of hydrograph deconvolution with increasing complexity were applicated to several flood events; a graphical method, and two physicochemical methods using strontium, lithium, aluminium and total suspended solids as tracers. After that, the evolution of pesticide concentration at the outlet was compared with the contribution of the different flow patterns.

The results achieved show an important reactivity of associated groundwater and confirm the existence of a great proportion of fast surface and subsurface runoffs during floods. Participations of these flows present high correlations with concentrations of pesticides and their metabolites suggest that they are the main vehicles of contamination while negative correlations with groundwater contribution support the assumption of a moderate contamination of this water body.